法拉第

第六節 十年磨劍終成功

　　對於電磁轉化的實驗，法拉第一直在做，可是失敗一個接一個，挫折與失望不斷襲擊著他。每次實驗前希望獲得成功的願望，都在無情的實驗結果麵前破滅了。

　　法拉第承受著失敗帶來的苦痛，繼續堅持實驗，每次都進行仔細觀察，不斷總結失敗的教訓及其原因。

　　1831年，法拉第41歲了。他覺得自己的工作應該有一個轉折。是到了轉折的年齡，就該抓緊時間，做一些真正偉大的哲學探索。

　　法拉第的腦海裏有許多新的思想在萌生、在洶湧。比起這些偉大的新思想，他過去20年的工作又算得了什麽呢？

　　可惜，過去他的許多時間都被那些煩瑣的商業性的技術工作吞噬了，他決定結束這類工作。7月4日，他寫信給皇家學會秘書，提出了這一要求。

　　為了實現自己的夢想，法拉第開始夜以繼日地在實驗室緊張地工作，他的電學實驗進入了最關鍵的階段。

　　法拉第用軟鐵做了一個圓環，厚度不到0.025米，外徑0.152米。他在鐵環的半邊即A段用了根長約7.243米的銅線繞成3個線圈，每個線圈都有好幾層，每層之間用絕緣的麻布隔開。

　　如此，三個線圈可以連成一個大線圈，同時也可以相互分開當做三個小線圈用。

　　然後，法拉第將鐵環的另外半邊即B段用兩根銅線繞成兩個線圈，總長18.108米。在A段線圈和B段線圈之間，留了一定空隙，這樣便互不接觸。

　　法拉第把10組電池連在一起作為電源。然後，把B段的兩個線圈連成一個線圈，再用一根銅線把這兩個線圈的兩端連接起來，銅線下麵擺著一個磁針，實際是一個電流計。

　　銅線中若有電流流過，磁針就會偏轉。接著，他把A段一個線圈的兩端和電池組連接。

　　一切準備妥當，法拉第便集中注意力開始操作。他小心謹慎地合上A段的電閘，強大的電流通過線圈，一會兒導線就發熱了。法拉第掉轉頭注視著B段銅線下麵的電流計。磁針一動不動，毫無反應。

　　隨後，法拉第換了一個A段的線圈，重複剛才的實驗。結果仍是如此。後來，他把A段的三個相互絕緣的線圈，並聯成一個線圈進行實驗，如此作用可能會顯著一些。

　　法拉第惴惴不安地合上電閘，掉過頭注視著電流計，指針仿佛固定著一般，仍紋絲不動。

　　一種失望的情緒湧上心頭，一個有信念的科學家是不怕失敗的。然而事情卻如此的無情。嘔心瀝血10年，竟然毫無結果。

　　這是什麽原因呢？法拉第望著笨重的實驗台上散布的線圈，電池組，檢測電流的磁針，就如一個作家看著自己不能出版的作品一般，又心疼又惋惜。

　　在失望之餘，法拉第仍抱著一絲信念慎重地進行了最後一次的考慮。他仔細地複查了全部實驗記錄，對設計思路和實驗方法也都作了反省，並且逐件檢查了實驗器具，連最細微的地方都不放過。

　　在檢查電流計位置時，法拉第無意中注意到，他每次實驗都是先接通電源，再轉過頭來觀測電流計。

　　問題會不會就出在這裏呢？想到這兒他立即把實驗台重新布置好，決定進行一次徹底的檢驗。這次法拉第特地把線圈鐵環和電流計擺在電池開關旁邊，以便操作的時候能一直看到指針。

　　法拉第目不轉睛地盯著電流計，然後用手合上電源開關。就在線路接通的一刹那，電流計小磁針跳動了一下！

　　這個時間十分短暫，稍不留意就會錯過。法拉第過去的多次實驗都忽略了這個細節，這次終於捉住了稍縱即逝的“一刹那”。

　　“啊，電流！”法拉第欣喜若狂，不由得喊了起來。為了驗證自己的新發現，他又把實驗連續地做了幾次，每一次都得到同樣的結果。

　　因而法拉第相信勝利在望。他在自己的實驗日記裏寫下了這個難忘的日子：1831年8月29日。

　　法拉第為自己的新發現十分興奮，然而他沒有因之而陶醉。1831年9月23日，法拉第給市哲學會裏的老朋友菲利浦斯寫信，其中這樣寫道：

　　我正再度忙於研究電磁學。我想，我撈到了一樣好東西，可是沒有把握。或許我花費了那麽多勞動，撈到的不是一條魚，而是一團水草。

　　法拉第這樣寫，也許是謙虛、詼諧吧。其實，他正在尋找磁生電的途徑。他知道，自己撈到了一條大魚。那是一項傑出的實驗，也許是19世紀最傑出、最偉大的實驗之一！

　　法拉第有一種預感：自己已經走到真理的邊緣，隻要再向前跨一步，成功就屬於自己的了。

　　為了獲得最終的結果，法拉第繼續進行實驗。他斷開B段電池的接線，將一塊磁鐵放在鐵環旁邊，希望能在A段感應出電流來，可是磁鐵並沒有使電流計指針移動。

　　法拉第把鐵環換成其他金屬做成的環，並且想盡辦法變換了許多種接線方法，電流計的指針仍絲毫未動。磁鐵沒有產生出電流來。

　　接著，法拉第再一次進行8月29日所做的實驗。他發現，如果改變B段線圈和A段線圈的位置，或者是改變B段線圈裏電流的大小，電流的指針都會擺動，也即是說A段線圈中有感應電流發生！

　　直到此時，法拉第豁然醒悟，一定是B段線圈裏電流產生的磁的變化，使A段線圈感應出電流的。

　　為了證實自己的判斷，10月17日，法拉第用硬紙做了一個空心圓筒，用銅線在紙筒上分層繞了八個線圈。然後他又將八個線圈並聯成一個線圈，線圈的兩個端點接在電流計的兩極上。

　　當法拉第把一根磁棒插在硬紙管裏之時，電流計上的指針仍無反應。他心中納悶，是什麽原因呢？也許是插得太慢了吧？

　　法拉第屏住氣，猛地將磁棒向紙管裏一插，果然，電流計上的指針動了！法拉第心頭一震，這一動，表明了電流的產生。終於把磁轉變成了電，自己十年來所魂牽夢縈的不就是這一瞬間嗎！

　　短暫的一瞬間，指針又恢複到原位。當他突然將磁棒從圓筒內抽出來時，指針又向相反的方向跳動，隨之又返回原位。

　　法拉第又把磁棒轉過來，朝裏猛插，向外猛拔，再插、再拔……電流表的指針來回擺動，法拉第的心也跟著劇烈跳動起來。

　　以後的多次實驗也顯示了同樣的結果，轉磁為電的想法終於成為事實。

　　但法拉第並沒有因此而停步不前，他在思考一個問題：為什麽自己多年來反複千百次的實驗都沒能成功，唯獨這樣做才獲得成功了呢？他想尋找到規律性的東西。

　　經過仔細的回憶與思索，再加上實驗的驗證，法拉第終於意識到成功的關鍵所在，運動才能產生電流。

　　謎底終於被法拉第揭開了，原來是線圈裏的磁通量的變化引起了感應電流。換句話說，正是運動的磁產生了電流。

　　在以前的實驗中，磁鐵相對於導線和線圈是沒有運動的，所有實驗均是在靜止的前提下進行的。而通過現在的實驗發現，隻有當磁鐵插入線圈或從線圈抽出的一瞬間，才能產生電流。

　　法拉第把這種電流稱為感生電流，也就是由感應而產生的電流，而把產生感生電流的電動勢叫做感生電動勢。

　　接著法拉第又發現，不論是將磁鐵插入靜置的線圈內，還是將線圈套到靜置的磁鐵上，隻要兩者之中有一個以一定的方式進行運動，就會有感生電流產生。因此，他得出“要將磁轉化為電，運動是必要條件”的結論。

　　但為什麽運動是產生感生電流的必要條件呢？感生電動勢與感生電流的大小以及方向，是否與運動方式有關呢？這又是法拉第思考的新問題。

　　在科學上往往是這樣，實驗的成功與新現象的發現和新規律的總結，常常引出更多的疑問，從而促進科學技術的進步。

　　在經過了多次緊張的實驗與反複的研究之後，法拉第得出了“金屬導線必須切割磁力線才能產生感生電流”這一規律性的結論。

　　在實驗過程中，法拉第還發現，導線切割磁力線的速度越快，導線中產生的感生電動勢也就越大。切割磁力線的方向不同，產生的感生電動勢方向或感生電流方向也不同。

　　法拉第將以上的結果與發現總結成定律，這就是著名的“電磁感應定律”。

　　這一定律不僅揭示了電流與磁力之間的相互作用規律，更為重要的是定律表明了：隻要能持續不斷地使線圈在磁場中做切割磁力線的運動，就能夠產生出源源不斷的電能來。

　　這是一項多麽重大的發現啊！以後的世界麵貌，在很大程度上將因這個定律的出現而大為改觀。

　　也就是說，法拉第的這一傑出發現，預示著電能被人類所用有了可能；而人類文明發展的步伐，也將由此定律的創立而大大加快。

　　電磁感應定律是時代的產物。它是從18世紀中後期至19世紀30年代這一曆史時期內的各種電學現象與規律不斷被發現的必然產物。特定的曆史時期就需要有特定的曆史人物。

　　法拉第勤於思考、精於觀察，對科學工作有著源源不斷的熱情，在失敗麵前毫不氣餒，能夠重整旗鼓，再次向前。他所具有的這些特點，正迎合了那個時代科學發展的迫切需要。

　　在10年裏，法拉第經曆了無數次失敗，但正是這一次次的失敗，為他奠定了不斷接近成功的基礎。

　　法拉第把每次的失敗都當做磚，用它築梯。隨著失敗的增加，梯子的高度也增高，他也就站得更高，最後終於登上了別人難於登上的頂峰。

　　電磁感應定律的創立，使法拉第蜚聲國內外。後人為了紀念他的這一功績，把電磁感應定律命名為“法拉第定律”。

　　此刻，他已完全忘記近10年來無數次失敗帶給他的失望與痛苦，他的身心深深地沉浸在成功的巨大喜悅之中。他像一個孩子似的在實驗室裏狂蹦亂跳起來。

　　法拉第嘔心瀝血10年的理想終於成了現實！這便是著名的電磁感應現象。它繼奧斯特等人的實驗之後，進一步揭示了電和磁相互轉化的辯證關係，為近代電磁學的發展奠定了基礎。

　　經過百折不撓的努力，法拉第終於成功了，他以自己頑強的毅力和過人的智慧，在世界電子科技史上寫下了輝煌的一頁。

　　§§第七章 繼續前進